帶式輸送機(jī)皮帶縱向撕裂檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張 勝

（大同煤礦集團(tuán)同生樹兒里煤業(yè)有限公司，山西 大同 037100）

隨著煤礦井下煤巷和巖巷作業(yè)效率的不斷提高，帶式輸送機(jī)已成為了煤礦不可替代的主要運(yùn)輸設(shè)備，直接影響著煤礦運(yùn)輸及生產(chǎn)效率。由于煤礦井下環(huán)境復(fù)雜、巷道條件制約等因素影響，帶式輸送機(jī)在運(yùn)輸過程中常發(fā)生跑偏、飄帶、撕裂、脫膠等故障，輕則撒矸，重則造成皮帶縱向撕裂、斷帶等安全事故。皮帶的縱向撕裂是最常見問題，同時(shí)也是最不容易被發(fā)現(xiàn)的問題，一旦發(fā)生將嚴(yán)重影響到帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸效率。

1 工程概況

大同煤礦集團(tuán)樹兒里煤業(yè)位于大同市左云縣境內(nèi)，井田面積1.213 1 km2，東西長2. 020 km，南北寬0.673 km，礦井保有儲量2433 萬t，可采儲量519. 46 萬t，礦井生產(chǎn)能力為0.9 Mt/a，屬低瓦斯礦井。礦井開拓方式為斜井開拓，共布置3 個(gè)井筒。樹兒里煤業(yè)井下各工作面主要采用順槽可伸縮帶式輸送機(jī)進(jìn)行原煤的運(yùn)輸。主要有DSJ120/150/250 帶式輸送機(jī)，KGT-1 型皮帶，帶寬1200 mm，帶速3.15 m/min，電機(jī)功率2×250 kW，運(yùn)輸能力為1500 t/h。

樹兒里煤業(yè)的帶式輸送機(jī)具有運(yùn)量大、運(yùn)輸距離長的特點(diǎn)，其井下工作環(huán)境比較惡劣，對帶式輸送機(jī)及皮帶的維修和保養(yǎng)難度較大，皮帶易發(fā)生縱向撕裂而造成報(bào)廢，影響主運(yùn)輸系統(tǒng)的工作。該煤礦以往也采用過聲波技術(shù)、微電流技術(shù)、皮帶嵌入導(dǎo)體探測技術(shù)等對皮帶縱向撕裂問題進(jìn)行檢測。從應(yīng)用效果來看，以上各種皮帶縱向撕裂檢測技術(shù)都具有一定的成效，但是整體效果不太理想，主要存在以下不足：檢測技術(shù)均為事后檢測技術(shù)，皮帶縱向撕裂事故發(fā)生后才能檢測到，無法實(shí)現(xiàn)事故的提前預(yù)測；檢測方法的應(yīng)用范圍不廣，不具有普適性；檢測精準(zhǔn)度不高，誤報(bào)情況較多，影響生產(chǎn)的連續(xù)性。因此，必須設(shè)計(jì)一種更為理想的皮帶縱向撕裂檢測方法[1-6]，提高對帶式輸送機(jī)皮帶的保護(hù)，保障運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高設(shè)備的使用壽命。

2 TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)分析

針對帶式輸送機(jī)皮帶縱向撕裂檢測中存在的不足，基于KGT-1 型輸送皮帶設(shè)計(jì)了一種新型的TIECBC 皮帶縱向撕裂檢測系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1，主要包括X 射線發(fā)射箱、X 射線控制器、X 射線接收箱、連接電纜、支架、防護(hù)鉛板、遠(yuǎn)端服務(wù)器等部件。

圖1 皮帶縱向撕裂檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統(tǒng)運(yùn)行原理框架如圖2。X 光射線源針對鋼絲繩芯輸送皮帶提供低輻射X 輸出；由光電轉(zhuǎn)換模塊、信號采集模塊、信號處理傳輸模塊、電源模塊組成的高速X 光探測器進(jìn)行高速信號采集、處理、傳輸；計(jì)算機(jī)及系統(tǒng)軟件提供圖像處理、識別、分析功能。

圖2 TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統(tǒng)運(yùn)行原理示意圖

2.2 工作原理

工作原理：系統(tǒng)中X 光射線源啟動發(fā)射X 光線，X 光線可以穿透正在工作中的帶式輸送機(jī)鋼絲繩芯皮帶，可照射在高速X 光探測器裝置的光電轉(zhuǎn)換模塊上，光電轉(zhuǎn)換模塊將鋼絲繩芯皮帶圖像的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，進(jìn)而通過信號采集模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；信號處理傳輸模塊及時(shí)處理鋼絲繩芯皮帶的數(shù)字信號，將結(jié)果百/千兆以太網(wǎng)傳輸?shù)降孛婵刂浦行牡挠?jì)算機(jī)及處理系統(tǒng)進(jìn)行處理；此時(shí)鋼絲繩芯皮帶圖像的數(shù)字信號可直接在軟件上實(shí)時(shí)顯示、存儲，并對圖像進(jìn)行處理、識別和分析，從而可以提取到皮帶中斷裂、劃傷、接頭問題等故障，根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)提供預(yù)警方案及提醒。

設(shè)備工作過程中采用X 射線對帶式輸送機(jī)皮帶進(jìn)行透視檢測，配合圖像處理方法及程序算法，可以在軟件上顯示與帶式輸送機(jī)皮帶相符合的輪廓線。在輪廓線上對相應(yīng)的缺陷問題進(jìn)行幾何信息的解析，可以反映出皮帶存在的縱向撕裂故障及故障位置。

3 實(shí)踐應(yīng)用及效果分析

3.1 工況分析

樹兒里煤業(yè)2204 工作面采煤機(jī)型號為MG400/940/WD，配套SGZ-800/800 刮板運(yùn)輸機(jī)+DSJ120/150/250 膠帶輸送機(jī)。為保障帶式輸送機(jī)皮帶的運(yùn)行安全，在帶式輸送機(jī)上安裝了新設(shè)計(jì)的TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統(tǒng)。同時(shí)，為減少輸送過程中原煤和矸石等其他雜物對監(jiān)測結(jié)果的干擾，確定將該工作面帶式輸送機(jī)上皮帶縱向撕裂檢測系統(tǒng)進(jìn)行倒置安裝，即將X 光射線發(fā)射源安裝在帶式輸送機(jī)皮帶的底部，對皮帶回空段進(jìn)行監(jiān)測，主要對皮帶上的原煤、矸石與皮帶的接觸面區(qū)域進(jìn)行探測。

3.2 效果分析

TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統(tǒng)在2204 工作面帶式輸送機(jī)中進(jìn)行了應(yīng)用，從2021 年2 月1 月至2021 年10 月1 日期間，帶式輸送機(jī)運(yùn)行正常，皮帶縱向撕裂檢測系統(tǒng)功能發(fā)揮正常，共發(fā)現(xiàn)皮帶鋼絲繩芯斷裂14 處、異常12 處、接頭抽動1 處。經(jīng)進(jìn)一步驗(yàn)證，檢查結(jié)果準(zhǔn)確率100%。根據(jù)檢查結(jié)果及時(shí)對皮帶進(jìn)行了維修、保養(yǎng)、更換，防止了皮帶縱向撕裂故障的發(fā)生。TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統(tǒng)在應(yīng)用中還表現(xiàn)出了以下特點(diǎn)：

3.2.1 直觀精準(zhǔn)

應(yīng)用TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統(tǒng)后，帶式輸送機(jī)皮帶的情況可以實(shí)時(shí)的在控制中心的電腦監(jiān)控畫面中直接顯示出來。若皮帶輪廓線出現(xiàn)缺口損傷、斷筋等問題可以直觀看到，同時(shí)通過系統(tǒng)記錄算法信息，可以得到皮帶損傷程度、缺口大小、撕裂長度等指標(biāo)，為皮帶問題隱患處理提供參考，有效控制帶式輸送機(jī)皮帶成本的消耗。

3.2.2 預(yù)判功能

通過對皮帶縱向撕裂事故的原因分析，其最大的破壞物為原煤中存在的大塊矸石以及尖利鐵器，除此之處85%皮帶縱向撕裂事故都具有可預(yù)見性。如皮帶開膠起泡以及連續(xù)穿刺劃傷等局部損傷無法及時(shí)得到維修和保養(yǎng)，將造成皮帶縱向撕裂事故。TIE-CBC 檢測系統(tǒng)可以對皮帶出現(xiàn)的撕裂損傷提前進(jìn)行檢測和反饋，為皮帶的維修和保養(yǎng)制定精確的時(shí)間和方法，可有效避免皮帶縱向撕裂事故的發(fā)生。

3.2.3 節(jié)約成本

從2204 工作面的應(yīng)用情況來看，TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統(tǒng)應(yīng)用后，帶式輸送機(jī)皮帶在使用、維護(hù)良好的情況下，皮帶的使用壽命大幅度提高了，皮帶更換周期為以往的30%。同時(shí)因具有預(yù)判功能，皮帶的磨損主要為沖擊穿刺傷和剮蹭起皮，對皮帶繩芯損傷并不大，可以對磨損面進(jìn)行修補(bǔ)后繼續(xù)使用，從而有效地控制帶式輸送機(jī)的使用成本。

4 結(jié)語

針對帶式輸送機(jī)皮帶以往縱向撕裂檢測系統(tǒng)存在的不足，設(shè)計(jì)了一種TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能較好地實(shí)現(xiàn)皮帶縱向撕裂的提前預(yù)判，在皮帶出現(xiàn)細(xì)小損傷或開膠、斷芯等情況時(shí)就能及時(shí)地進(jìn)行反饋及預(yù)警，為皮帶及時(shí)維修和保養(yǎng)提供支持。該TIE-CBC 皮帶縱向撕裂檢測系統(tǒng)在樹兒里煤業(yè)2204 工作面帶式輸送機(jī)上進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，效果理想，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的安全經(jīng)濟(jì)效益。